KR20160123823A - 가상 발전소 시스템 - Google Patents

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KR20160123823A
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Abstract

본 발명은 가상 발전소 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 가상 발전소 시스템은 상하위 계층적 구조로 연결된 다수의 VPP(Virtual Power Plant)를 포함하며, 상위의 전력 시장으로부터 임의의 전력 공급 요구량을 수신하면, 상기 전력 공급 요구량을 상기 다수의 VPP에게 계층적으로 분배한다.

Description

가상 발전소 시스템{Virtual Power Plant System}
본 발명은 가상 발전소 기술에 관한 것으로, 특히 광범위하게 산재해 있는 분산 에너지원들을 효율적으로 관리하기 위한 계층적 구조의 가상 발전소 시스템에 관한 것이다.
가상 발전소(Virtual Power Plant) 기술의 대표적인 사례로는 유럽연합(European Union, EU)를 중심으로 한 스마트 그리드 프로젝트 중의 하나인 FENIX(Flexible Electricity Network to Integrate the eXpected ‘energy evolution’)라는 가상발전 프로젝트가 수행된바 있다. 이는, 분산에너지자원(Distributed Energy Resources)의 통합을 통하여 EU 배전계통의 비용을 효율적이고 안정적, 지속 가능하도록 구현하기 위한 것으로써, 요금체계, 보조금 등을 통한 분산에너지자원의 유인의 한계를 느껴 배전망 운영에 변화를 주어 정보통신기술(Information and Communications Technologies, ICT)에 기반한 통합 에너지 관리 기술을 제공한다. 이로써, 분산에너지자원의 용량 제한 및 출력변동성을 극복하고, 이를 통한 효용을 얻고자 하였으며 영국과 스페인에서 이에 대한 실증을 수행하였다.
이러한 FENIX 프로젝트에서 다양한 분산에너지 자원을 ICT로 통합하여 하나의 싱글 프로필 플랜트(single profile plant)화시키기 위한 가상 발전소의 구성은 크게 커머셜 가상 발전소(Commercial Virtual Power Plant(VPP))와 테크니컬 VPP(Technical VPP)로 이루어져 있다. Commercial VPP는 전력 시장 참여의 기능을 담당하고, Technical VPP는 시스템 관리 및 지원 기능을 담당하여, ICT 기술을 기반으로 이 두 독립체(entity)간의 유기적인 메커니즘(mechanism)으로 가상 발전소가 운영이 된다.
Commercial VPP의 기능은 크게 분산에너지 자원의 포트폴리오 구성 기능, 분산에너지 자원의 효율 운영 기능, 입찰기반의 전력 시장 참여 기능, 전력 판매를 위한 Technical VPP 연동 기능 등을 수행한다.
Technical VPP는 배전 관리 시스템(Distribution Management System)의 한 부분으로, 해당 기능은 배전단에서 송전단으로 분산자원의 에너지의 물리적인 역송을 전제로 하여 배전 계통의 시스템 관리 기능, 보조 서비스 기능 및 Commercial VPP 연계 기능 등으로 구성되어 있다.
그러나, 비상발전, 상용발전, 에너지 저장 장치, 부하 및 열병합발전 등의 다양한 분산 에너지원은 군집건물 단위, 커뮤니티 단위, 지역 단위, 도시 단위, 도 단위 및 전국 단위에 걸쳐 분포해 있기 때문에, 이렇게 광범위하게 산재해 있는 분산 에너지원들을 효율적으로 관리하기 위해서는 계층적 구조의 대단위 가상 발전소를 구성하고 이러한 자원들을 전력 시장과 연계하여 효과적으로 모니터링하고 제어할 수 있는 기능을 구성해야 한다.
또한, 다양한 분산 에너지원의 수가 증가할수록 처리해야 하는 분산 에너지원 관련 데이터 또한 기하급수적으로 증가할 수 밖에 없기 때문에, 하나의 가상발전 플랫폼에서 모든 자원 관련 정보를 처리하는 중앙집중형 가상 발전소의 경우에는 시스템 부하에 따른 오류가 증가할 확률이 높아지고, 분산 에너지원과의 데이터 교환의 견고성이 떨어지며, 나아가서는 가상 발전소의 확장성을 저해할 수 있다. 따라서, 시스템 부하를 분산하고, 데이터 교환의 견고성을 제공하고, 가상 발전소의 확장성을 확보할 수 있는 계층적 구조의 대단위 가상 발전소를 구성해야 한다.
본 발명의 목적은 ICT 기술을 활용하여 분산 에너지원(Distributed Energy Resource)들을 효율적으로 통합함으로써 하나의 발전소처럼 가상화하는 가상 발전소 시스템을 제공함에 있다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 가상 발전소 시스템은 상하위 계층적 구조로 연결된 다수의 VPP(Virtual Power Plant)를 포함하며, 상위의 전력 시장으로부터 임의의 전력 공급 요구량을 수신하면, 상기 전력 공급 요구량을 상기 다수의 VPP에게 계층적으로 분배한다.
여기서, 상기 다수의 VPP는 상기 전력 시장으로부터 전력 공급 요구량을 수신하며, 상기 전력 시장에서 요구한 전력 공급 요구량을 하위에 연결된 다수의 VPP에게 분배하는 대단위 VPP, 상기 대단위 VPP로부터 전력 공급 요구량을 수신하며, 상기 대단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 하위에 연결된 다수의 VPP에게 분배하는 중단위 VPP, 및 상기 중단위 VPP로부터 전력 공급 요구량을 수신하며, 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 하위에 연결된 분산 에너지원들 각각에게 분배하는 소단위 VPP를 포함한다.
상기 대단위 VPP는 하위에 연결된 다수의 중단위 VPP 각각의 발전 운영을 스케줄링 하며, 상기 다수의 중단위 VPP 각각의 발전 가능 용량에 비례하게 상기 전력 시장에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 상기 다수의 중단위 VPP에게 할당한다.
상기 중단위 VPP는 하위에 연결된 다수의 소단위 VPP 각각의 발전 운영을 스케줄링 하며, 상기 다수의 상기 소단위 VPP 각각의 발전 가능 용량에 비례하게 상기 대단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 상기 다수의 소단위 VPP에게 할당한다.
상기 소단위 VPP는 하위에 연결된 상기 분산 에너지원들 각각의 발전 운영을 스케줄링 하며, 상기 분산 에너지원들 각각의 발전 가능 용량에 비례하게 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 상기 분산 에너지원들에게 할당한다. 이때, 상기 소단위 VPP는 상기 분산 에너지원들 각각으로부터 수신되는 입찰 정보들을 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 분산 에너지원들 각각에게 할당되는 전력 공급 요구량을 조정한다.
상기 소단위 VPP는 상기 입찰 정보에 포함된 상기 분산 에너지원의 발전 단가 및 발전 가능 용량 중 적어도 하나를 고려하여 상기 분산 에너지원들 각각에게 할당하는 전력 공급 요구량을 조정한다. 또한, 상기 소단위 VPP는 상기 입찰 정보와 비용모델 알고리즘을 통해 발전 비용을 최소화하도록 상기 분산 에너지원들을 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 분산 에너지원들에게 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 할당한다.
나아가, 상기 소단위 VPP는 상기 분산 에너지원들 중 어느 한 분산 에너지원에게 요구한 전력 공급 요구량보다 상기 어느 한 분산 에너지원에서 발전 가능한 용량이 클 경우, 다른 분산 에너지원들 중 적어도 하나의 분산에너지원에게 전력 발전량의 축소를 요구한다.
한편, 상기 전력 공급 요구량에 대응하여 상기 다수의 VPP에서 발전(power generation)된 전력 발전량은 역계층적으로 합산되어 상위의 상기 전력 시장에게 공급된다.
상기 소단위 VPP는 하위에 연결된 모든 분배 에너지원들에서 발전되는 발전 전력량을 취합하며, 상기 취합된 발전 전력량의 총합과 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량이 일치하도록 상기 분배 에너지원들의 전력 발전 운영을 스케줄링 한다.
상기 중단위 VPP는 하위에 연결된 모든 소단위 VPP에서 취합된 상기 분산 에너지원들의 발전 전력량의 총합과 상기 대단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량이 일치하도록 상기 소단위 VPP의 전력 발전 운영을 스케줄링 한다.
상기 대단위 VPP는 하위에 연결된 모든 중단위 VPP에서 취합된 상기 소단위 VPP의 발전 전력량의 총합과 상기 전력 시장에서 요구한 전력 공급 요구량이 일치하도록 상기 중단위 VPP의 전력 발전 운영을 스케줄링 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중앙집중형 가상 발전소 기술과는 달리 광범위한 지역에 분포되어 있는 분산 에너지원을 전력 시장과 연계하여 효과적으로 관리함으로써, 향후 전력 시장 활성화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 시스템 부하, 역할 및 기능 분산 등을 기반으로 한 분산 제어형 모델로 분산 에너지원 모니터링 및 제어의 견고성으로 가상 발전소의 신뢰성을 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따르면 가상발전 플랫폼의 모듈화를 통해 확장성을 제공함으로써, 가상 발전소 비즈니스의 확산 촉진을 통한 전력 시장을 확대할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 따르면, 전력 시장과 연계하여 수요와 분산 에너지원 상황에 따른 지능적인 입찰, 조정, 전력공급 및 이윤 분배 구조로 되어 있어 전력 시장 참여자의 수익을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 계층적 전력 공급 요구량을 분배하는 방법 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고, 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 시장(전력 거래소)(Korea Power Exchange, KPX)(200)과 연계된 가상 발전소 시스템(100)은 상하의 계층적 구조로 연결된 다수의 VPP(Virtual Power Plant, 가상 발전소)를 포함한다. 상위의 전력 시장(200)으로부터 임의의 전력 공급 요구량을 수신하면, 가상 발전소 시스템(100)은 수신된 전력 공급 요구량을 분배하여 다수의 VPP에게 계층적으로 할당한다.
이때, 다수의 VPP에는 대단위 VPP(110), 그 하위에 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N), 및 그 하위에 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N)가 포함된다.
대단위 VPP(110)는 가상 발전소 시스템(100)의 최상위에 위치하여, 전력 시장(200)으로부터 전력 공급 요구량(제1 전력 공급 요구량)을 수신한다. 대단위 VPP(110)는 수신된 제1 전력 공급 요구량을 분배하여 하위에 연결된 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각에게 할당한다.
이때, 대단위 VPP(110)는 하위에 연결된 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각의 발전 가능 용량에 비례하여 제1 전력 공급 요구량을 분배하고 할당한다. 여기서, 제1 전력 공급 요구량이 분배되어 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각에게 할당되는 전력 공급 요구량은 제2 전력 공급 요구량이라고 할 수 있다.
또한, 대단위 VPP(110)는 보유하고 있는 모든 중단위 VPP(120)의 발전 가능 용량과 운영 상태 등을 모니터링하고 제어한다.
대단위 VPP(110)의 하위에 위치한 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각은 상위의 대단위 VPP(110)로부터 제2 전력 공급 요구량을 수신한다. 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각은 수신된 제2 전력 공급 요구량을 분배하여 하위에 연결된 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각에게 할당한다.
이때, 디수의 중단위 VPP(120) 각각은 하위에 연결된 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각의 발전 가능 용량에 비례하여 제2 전력 공급 요구량을 분배하고 할당한다. 여기서, 제2 전력 공급 요구량이 분배되어 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각에게 할당되는 전력 공급 요구량은 제3 전력 공급 요구량이라고 할 수 있다.
또한, 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각은 하위에 속해있는 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N)의 발전 가능 용량 및 운영 상태 등을 모니터링하고 제어한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 별도의 언급이 없는 한 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 중, 어느 하나의 중단위 VPP(120)의 동작을 예를 들어 설명하며, 이는 동일한 레벨(단계)의 다른 중단위 VPP에도 동일하게 적용될 수 있다.
중단위 VPP(120)의 하위에 위치한 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각은 상위의 중단위 VPP(120)로부터 제3 전력 공급 요구량을 수신한다. 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각은 수신된 제3 전력 공급 요구량을 분배하여 하위에 연결된 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각에게 할당한다.
이때, 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각은 하위에 연결된 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각의 발전 가능 용량을 기준으로 제3 전력 공급 요구량을 분배하여 할당한다. 여기서, 제3 전력 공급 요구량이 분배되어 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각에게 할당되는 전력 공급 요구량은 제4 전력 공급 요구량이라고 할 수 있다.
또한, 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각은 하위에 속해있는 분산 에너지원들(140_1~140_N)의 발전 가능 용량 및 운영 상태 등을 모니터링하고 제어한다. 여기서, 분산 에너지원들(140_1~140_N)은 비상 발전소, 상용 발전소, 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS), 부하, 열병합 발전소 등과 같이 에너지를 발전하는 장치들이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 별도의 언급이 없는 한 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 중, 어느 하나의 소단위 VPP(130)의 동작을 예를 들어 설명하며, 이는 동일한 레벨(단계)의 다른 소단위 VPP에도 동일하게 적용될 수 있다.
이와 같이, 소단위 VPP(130)는 보유하고 있는 모든 분산 에너지원들(140_1~140_N)의 발전 용량 및 운용 상태 정보를 관리하고, 중단위 VPP(120)는 보유하고 있는 모든 소단위 VPP(130)의 발전 용량과 운영 상태 정보를 관리하며, 마지막으로 대단위 VPP(110)는 보유하고 있는 모든 중단위 VPP(120)의 발전 용량과 운영 상태 정보를 관리한다.
이러한 계층적인 구조에 따라, 최상위에 있는 대단위 VPP(110)는 최하위에 위치한 분산 에너지원들(140_1~140_N)에서 발전되는 총 발전 전력 용량에 대한 정보를 파악할 수 있으며, 이를 전력 시장(200)에 제공(응동, 응답하여 동작)할 수 있다. 이때, 전력 시장(200)로부터의 가상 발전소 시스템(100)에 대한 전력 공급 요구량(제1 전력 공급 요구량)은 대단위 VPP(110)가 가지고 있는 최대 발전 가능 용량 이내이기 때문에, 소단위 VPP(130)에 대해서도 해당 소단위 VPP(130)가 가지고 있는 최대 발전 가능 용량 이내로 전력 공급 요구량(제3 전력 공급 요구량)이 할당될 것이다.
한편, 다양한 분산 에너지원들(140_1~140_N)은 군집건물 단위, 커뮤니티 단위, 지역 단위, 도시 단위, 도 단위 및 전국 단위에 걸쳐 분포해 있다. 만약, 분산 에너지원들(140_1~140_N)의 분포에 따라 대단위 VPP(110)를 지역단위로 한다면, 중단위 VPP(120)는 커뮤니티 단위, 소단위 VPP(130)는 군집건물 단위가 될 수 있다. 또는, 대단위 VPP(110)를 전국단위로 한다면, 중단위 VPP(120)는 도 단위, 소단위 VPP(130)는 도시 단위가 될 수 있다.
이러한 설계는 실제 가상 발전소 시스템(100)의 전체 구성을 설계 시, 분산 에너지원들(140_1~140_N)의 분포에 대한 면밀한 조사를 통해 각 단위 VPP의 범주를 결정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 상위의 전력 시장(200)에서 가상 발전소 시스템(100)에게 전력 공급 요구량을 요구할 시, 가상 발전소 시스템(100)에 포함된 각각의 구성의 동작에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가상 발전소 시스템의 계층적 전력 공급 요구량을 분배하는 방법 흐름도이다.
상위의 전력 시장(200)으로부터 일정량의 전력 공급 요구량(제1 전력 공급 요구량)을 요구 받으면(S210), 대단위 VPP(110)는 제1 전력 공급 요구량을 분배하여 하위에 연결된 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각에게 할당한다(S220).
이때, 대단위 VPP(110)는 하위에 자신과 연결된 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각의 발전 가능 용량에 비례하여 제1 전력 공급 요구량을 분배하고 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각에게 할당함으로써, 최적 운영을 위해 지능형 조정 및 스케줄링을 수행한다. 여기서, 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각에 할당되는 전력 공급 요구량(제2 전력 공급 요구량)의 총합은 전력 시장(200)으로부터 요구 받은 제1 전력 공급 요구량을 만족한다.
제2 전력 공급 요구량을 할당 받은 다수의 중단위 VPP(120_1~120_N) 각각은 제2 전력 공급 요구량을 분배하여 하위에 연결된 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각에게 할당한다(S230).
이때, 중단위 VPP(120)는 하위에 자신과 연결된 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각의 발전 가능 용량에 비례하여 제2 전력 공급 요구량을 분배하여 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각에게 할당함으로써, 최적 운영을 위해 지능형 조정 및 스케줄링을 수행한다. 여기서, 중단위 VPP와 연결된 하위의 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N)각각에 할당되는 전력 공급 요구량(제3 전력 공급 요구량)의 총합은 상위의 중단위 VPP(120)로부터 요구 받은 제2 전력 공급 요구량을 만족한다.
제3 전력 공급 요구량을 할당 받은 다수의 소단위 VPP(130_1~130_N) 각각은 제3 전력 공급 요구량을 분배하여 하위에 연결된 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각에게 할당한다(S240).
이때, 소단위 VPP(130)는 하위에 자신과 연결된 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각의 발전 가능 용량을 기준으로 제3 전력 공급 요구량을 분배하여 할당함으로써, 최적 운영을 위해 지능형 조정 및 스케줄링을 수행한다. 여기서, 하위의 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각에 할당되는 전력 공급 요구량(제4 전력 공급 요구량)의 총합은 상위의 소단위 VPP(130)로부터 요구 받은 제3 전력 공급 요구량을 만족한다.
또한, 소단위 VPP(130)는 하위에 자신과 연결된 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각의 발전 가능 용량은 물론 발전 단가를 더 고려하여 제3 전력 공급 요구량을 분배하여 분산 에너지원들(140_1~140_N)에게 할당할 수 있다. 이때, 소단위 VPP(130)에는 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각에서 전력을 발전하기 위한 발전 단가 정보가 사전에 저장될 수 있다. 소단위 VPP(130)는 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각의 발전 가능 용량, 발전 단가 및 기저장된 비용모델 알고리즘을 통해, 발전 비용을 최소화 하도록 제4 전력 공급 요구량을 분배하여 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각에게 할당할 수 있다.
제4 전력 공급 요구량을 할당 받은 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각은 할당된 발전 요구량을 기준으로 발전 단가를 고려한 발전 가능 용량 등을 포함한 입찰 정보를 상위의 소단위 VPP(130)에게 제출한다(S250). 이때, 상위의 소단위 VPP(130)는 사전에 저장된 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각의 발전 단가 정보를 갱신(업데이트)할 수 있다.
소단위 VPP(130)는 하위의 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각으로부터 입찰 정보를 받아 입찰 내용을 분석하고(S260), 분산 에너지의 최적 운영을 위한 스케줄링을 수행한다(S270). 이때, 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각은 자신의 발전 가능 용량 및 발전 단가를 포함한 입찰 정보를 소단위 VPP(130)에게 제출할 수 있다. 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각은 이러한 입찰 정보를 수시로 소단위 VPP(130)에게 제출하여 소단위 VPP(130)에 저장된 자신의 입찰 정보(발전 가능 용량 및 발전 단가)를 갱신할 수 있다.
소단위 VPP(130)는 분산 에너지원들(140_1~140_N) 각각으로부터의 입찰 정보(발전 단가, 발전 가능 용량 등)를 바탕으로 비용모델 알고리즘을 통해 발전 비용을 최소화하기 위해 분산 에너지원들(140_1~140_N)을 지능적으로 그룹핑하여, 해당 전력 공급 요구량(제3 전력 공급 요구량)를 충족시키는 형태로 제어할 수 있다.
여기서, 그룹핑이란 비용 최소화의 관점에서 필요에 따라서 분산 에너지원들(140_1~140_N) 적어도 하나의 분산 에너지원의 전력 발전을 중지하고, 전력 발전하는 다른 분산 에너지원들만을 그룹화하는 것을 말한다. 즉, 그룹핑을 통해 분산 에너지원들(140_1~140_N) 중 제4 전력 공급 요구량을 할당 받지 못하는 분산 에너지원이 발생할 수 있으며, 그 외 분산 에너지원들에게만 제4 전력 공급 요구량이 분배되어 할당될 수 있다.
한편, 소단위 VPP(130)의 하위의 특정 분산 에너지원이 제출한 입찰 정보를 통해, 해당 특정 분산 에너지원(140)에서 발전 가능한 용량이 소단위 VPP로부터 할당 받은 전력 공급 요구량 보다 큰 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 특정 분산 에너지원(140)가 발전 용량 증가를 소단위 VPP(130)에게 요구할 수 있다.
이러한 경우, 소단위 VPP(130)는 비용모델 알고리즘을 통해 특정 분산 에너지원(140)에 할당되는 전력 공급 요구량보다 더 많은 전력을 발전하는 것이 발전 비용적인 측면에서 이득인지 판단한다. 만약, 특정 분산 에너지원(140)의 전력 공급 요구량을 증가하는 것이 비용적인 면에서 이득인 경우, 소단위 VPP(130)는 특정 분산 에너지원(140)을 제외한 다른 분산 에너지원들에게 발전 용량 축소를 권하는 조정을 진행할 수 있다. 즉, 소단위 VPP단에서의 전체 수요(요구량) 및 전체 공급(발전 용량)의 일치를 위해, 소단위 VPP(130)는 특정 분산 에너지원(140)을 제외한 하위의 다른 분산 에너지원들에게 발전 용량 축소를 권하는 조정을 진행할 수 있다.
일 예로서, 소단위 VPP(130)는 다른 어느 하나의 분산 에너지원을 그룹핑에서 제외하여 전력 발전을 중지하여, 특정 분산 에너지원(140)에 할당되는 전력 공급 요구량을 증가시킨 만큼 다른 분산 에너지원들의 발전 용량을 축소할 수 있다. 이에 따라, 분산 에너지원들(140_1~140_N)에 할당되는 제4 전력 공급 요구량이 총합이 제3 전력 공급 요구량과 일치할 수 있도록 조정할 수 있다.
다른 예로서, 소단위 VPP(130)는 특정 분산 에너지원을 제외한 다른 분산 에너지원들 각각의 발전 가능 용량을 고려하여, 특정 분산 에너지원(140)을 제외한 다른 분산 에너지원들 모두에게 할당되는 발전 공급 요구량을 일정 비율만큼 축소할 수 있다. 이에 따라, 분산 에너지원들(140_1~140_N)에 할당되는 제4 전력 공급 요구량이 총합이 제3 전력 공급 요구량과 일치할 수 있도록 조정할 수 있다
만약, 이러한 동작이 해당 소단위 VPP에서 여의치 않은 경우, 상위 중단위 VPP 관점에서 타 소단위 VPP로 확대하여 중단위 VPP단에서의 전체적인 수요와 공급이 일치하도록 조정 한다.
일 예로서, 중단위 VPP는 하위의 특정 소단위 VPP에서 할당 받은 전력 공급 요구량(제3 전력 공급 요구량)이 발전 가능 용량 보다 크면, 해당 소단위 VPP를 제외한 하위의 다른 다수의 소단위 VPP 중 적어도 하나의 소단위 VPP에게 발전 용량 축소를 권하는 조정을 진행할 수 있다. 이때, 축소를 권하는 발전 용량은 특정 소단위 VPP의 발전 가능 용량에서 할당된 전력 공급 요구량을 제외한 용량일 수 있다.
다른 예로서, 중단위 VPP는 하위의 특정 소단위 VPP에서 할당 받은 전력 공급 요구량(제3 전력 공급 요구량)이 발전 가능 용량 보다 작으면, 해당 소단위 VPP를 제외한 하위의 다른 다수의 소단위 VPP 중 적어도 하나에게 발전 용량 증가를 권하는 조정을 진행할 수 있다. 이때, 증가를 권하는 발전 용량은 특정 소단위 VPP에 할당된 전력 공급 요구량에서 발전 가능 용량을 제외한 용량일 수 있다.
이러한 동작이 해당 중단위 VPP에서 여의치 않은 경우, 상위 대단위 VPP 관점에서 타 중단위 VPP로 확대하여 대단위 VPP단에서의 전체적인 수요와 공급이 일치하도록 조정 한다.
일 예로서, 대단위 VPP는 하위의 특정 중단위 VPP에서 할당 받은 전력 공급 요구량(제2 전력 공급 요구량)이 발전 가능 용량 보다 크면, 해당 중단위 VPP를 제외한 하위의 다른 다수의 중단위 VPP 중 적어도 하나의 중단위 VPP에게 발전 용량 축소를 권하는 조정을 진행할 수 있다. 이때, 축소를 권하는 발전 용량은 특정 중단위 VPP의 발전 가능 용량에서 할당된 전력 공급 요구량을 제외한 용량일 수 있다.
다른 예로서, 대단위 VPP는 하위의 특정 중단위 VPP에서 할당 받은 전력 공급 요구량(제2 전력 공급 요구량)이 발전 가능 용량 보다 작으면, 해당 중단위 VPP를 제외한 하위의 다른 다수의 중단위 VPP 중 적어도 하나에게 발전 용량 증가를 권하는 조정을 진행할 수 있다. 이때, 증가를 권하는 발전 용량은 특정 중단위 VPP에 할당된 전력 공급 요구량에서 발전 가능 용량을 제외한 용량일 수 있다.
이러한 과정을 통해 가상 발전소 시스템(100)은 소단위 VPP와 분산 에너지원간, 중단위 VPP와 소단위 VPP간, 대단위 VPP와 중단위 VPP간의 지능적인 조정을 수행하여 전력 시장(200)에서 요구한 전력 공급 요구량에 합당한 전력량을 전력 시장(200)에게 공급할 수 있게 된다.
예컨대, 다수의 소단위 VPP 각각은 자신과 연결된 하위의 분산 에너지원들에서 발전되는 발전 전력 용량의 정보를 취합할 수 있다. 이때, 모든 소단위 VPP에서 취합한 분산 에너지원들의 발전 전력 용량의 총합은 제3 전력 공급 요구량과 일치할 수 있다.
또한, 다수의 소단위 VPP 각각에서 취합된 발전 전력 용량의 정보는 상위의 중단위 VPP로 전달될 수 있다. 다수의 중단위 VPP 각각은 자신과 연결된 하위의 모든 소단위 VPP로부터 발전 전력 용량의 정보를 수신할 수 있다. 이때, 모든 중단위 VPP에서 취합한 발전 전력 용량의 총합은 제2 전력 공급 요구량과 일치할 수 있다.
나아가, 다수의 중단위 VPP 각각에서 취합된 발전 전력 용량의 정보는 상위의 대단위 VPP로 전달될 수 있다. 대단위 VPP는 자신과 연결된 하위의 모든 중단위 VPP로부터 발전 전력 용량의 정보를 수신할 수 있다. 이때, 모든 중단위 VPP에서 취합한 발전 전력 용량의 총합은 제1 전력 공급 요구량 즉, 전력 시장(200)에서 요구한 전력 공급 요구량과 일치할 수 있다.
이러한 계층적 구조의 다수의 VPP와 전력 시장(200)과의 연계를 통해, 가상 발전소 시스템(100)에서 획득한 이윤은 각 중단위 VPP, 소단위 VPP 및 분산 에너지원 별로 발전 시간과 전력 발전량을 바탕으로 비례하여 분배될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 해외 사례에서 적용된 중앙집중형 가상 발전소 기술과는 달리 광범위한 지역에 분포되어 있는 분산 에너지원을 전력 시장과 연계하여 효과적으로 관리함으로써, 향후 전력 시장 활성화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 시스템 부하, 역할 및 기능 분산 등을 기반으로 한 분산 제어형 모델로 분산 에너지원 모니터링 및 제어의 견고성으로 가상 발전소의 신뢰성을 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 가상발전 플랫폼의 모듈화를 통해 확장성을 제공함으로써, 가상 발전소 비즈니스의 확산 촉진을 통한 전력 시장을 확대할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 따르면, 전력 시장과 연계하여 수요와 분산 에너지원 상황에 따른 지능적인 입찰, 조정, 전력공급 및 이윤 분배 구조로 되어 있어 전력 시장 참여자의 수익을 극대화할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 가상 발전소 시스템
110 : 대단위 VPP 120 : 중단위 VPP
130 : 소단위 VPP 140 : 분산 에너지원
200 : 전력 시장

Claims (13)

  1. 상하위 계층적 구조로 연결된 다수의 VPP(Virtual Power Plant)를 포함하며, 상위의 전력 시장으로부터 임의의 전력 공급 요구량을 수신하면, 상기 전력 공급 요구량을 상기 다수의 VPP에게 계층적으로 분배하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 VPP는,
    상기 전력 시장으로부터 전력 공급 요구량을 수신하며, 상기 전력 시장에서 요구한 전력 공급 요구량을 하위에 연결된 다수의 VPP에게 분배하는 대단위 VPP;
    상기 대단위 VPP로부터 전력 공급 요구량을 수신하며, 상기 대단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 하위에 연결된 다수의 VPP에게 분배하는 중단위 VPP; 및
    상기 중단위 VPP로부터 전력 공급 요구량을 수신하며, 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 하위에 연결된 분산 에너지원들 각각에게 분배하는 소단위 VPP
    를 포함하는 것인 가상 발전소 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 대단위 VPP는,
    하위에 연결된 다수의 중단위 VPP 각각의 발전 운영을 스케줄링 하며, 상기 다수의 중단위 VPP 각각의 발전 가능 용량에 비례하게 상기 전력 시장에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 상기 다수의 중단위 VPP에게 할당하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 중단위 VPP는,
    하위에 연결된 다수의 소단위 VPP 각각의 발전 운영을 스케줄링 하며, 상기 다수의 상기 소단위 VPP 각각의 발전 가능 용량에 비례하게 상기 대단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 상기 다수의 소단위 VPP에게 할당하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 소단위 VPP는,
    하위에 연결된 상기 분산 에너지원들 각각의 발전 운영을 스케줄링 하며, 상기 분산 에너지원들 각각의 발전 가능 용량에 비례하게 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 상기 분산 에너지원들에게 할당하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소단위 VPP는,
    상기 분산 에너지원들 각각으로부터 수신되는 입찰 정보들을 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 분산 에너지원들 각각에게 할당되는 전력 공급 요구량을 조정하는 것
    인 가상 발전소 시스템
  7. 제6항에 있어서, 상기 소단위 VPP는,
    상기 입찰 정보에 포함된 상기 분산 에너지원의 발전 단가 및 발전 가능 용량 중 적어도 하나를 고려하여 상기 분산 에너지원들 각각에게 할당하는 전력 공급 요구량을 조정하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소단위 VPP는,
    상기 입찰 정보와 비용모델 알고리즘을 통해 발전 비용을 최소화하도록 상기 분산 에너지원들을 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 분산 에너지원들에게 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량을 분배하여 할당하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 소단위 VPP는,
    상기 분산 에너지원들 중 어느 한 분산 에너지원에게 요구한 전력 공급 요구량보다 상기 어느 한 분산 에너지원에서 발전 가능한 용량이 클 경우, 다른 분산 에너지원들 중 적어도 하나의 분산에너지원에게 전력 발전량의 축소를 요구하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 전력 공급 요구량에 대응하여 상기 다수의 VPP에서 발전(power generation)된 전력 발전량은 역계층적으로 합산되어 상위의 상기 전력 시장에게 공급되는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 소단위 VPP는,
    하위에 연결된 모든 분배 에너지원들에서 발전되는 발전 전력량을 취합하며, 상기 취합된 발전 전력량의 총합과 상기 중단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량이 일치하도록 상기 분배 에너지원들의 전력 발전 운영을 스케줄링 하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 중단위 VPP는,
    하위에 연결된 모든 소단위 VPP에서 취합된 상기 분산 에너지원들의 발전 전력량의 총합과 상기 대단위 VPP에서 요구한 전력 공급 요구량이 일치하도록 상기 소단위 VPP의 전력 발전 운영을 스케줄링 하는 것
    인 가상 발전소 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 대단위 VPP는,
    하위에 연결된 모든 중단위 VPP에서 취합된 상기 소단위 VPP의 발전 전력량의 총합과 상기 전력 시장에서 요구한 전력 공급 요구량이 일치하도록 상기 중단위 VPP의 전력 발전 운영을 스케줄링 하는 것
    인 가상 발전소 시스템.

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